Фізики твердого тіла >> ХНУ імені В. Н. Каразіна

Фізики твердого тіла

Власний сайт: http://solids.univer.kharkov.ua

Кафедру фізики твердого тіла було створено в 1937 році Б. Я. Пінесом, учнем академіка А. Ф. Іоффе, на той час молодим ученим, та вже відомим своїми піонерськими роботами в галузі структурного аналізу та фізики вогнетривів. Великий талант педагога та дослідника, неповторна творча індивідуальність Б. Я. Пінеса визначили шляхи становлення та розвитку кафедри на десятиріччя.

У повоєнні роки кафедра фізики твердого тіла Харківського державного університету стала творчим центром для викладачів навчальних закладів, учених, працівників заводських лабораторій, діяльність яких була пов’язана з проблемами фізики твердого тіла. У навчальному процесі кафедри брали участь І.В. Савельєв, автор відомого «Загального курсу фізики», академік Б. І. Вєркін, члени-кореспонденти АН УРСР Є. С. Боровик і В. Г. Хоткевич, професори Б. Н. Есельсон, Й. А. Гіндін.

За наявності вельми скромного наукового обладнання на кафедрі було виконано значний за обсягом цикл досліджень у галузі термодинаміки твердих розчинів, фізики спікання, фізики тонких плівок і поверхневих явищ, який набув світового визнання. Створені під керівництвом Б. Я. Пінеса конструкції гострофокусних рентгенівських трубок і високотемпературних електронографів було використано багатьма лабораторіями Радянського Союзу, а його «Лекції зі структурного аналізу», що вийшли трьома виданнями, заслужено зараховують до кращих навчальних посібників із рентгенографії кристалів.

Після Б. Я. Пінеса кафедру очолив його учень і послідовник професор А. Ф. Сіренко. У 1970-1980-х роках на кафедрі набули подальшого розвитку дослідження з фізики міцності та пластичності, поверхневих і релаксаційних явищ, успішно велася винахідницька робота, наукові розробки впроваджувалися на багатьох підприємствах Харкова та Москви (ХТЗ, Турбоатом, ХЕЛЗ, НПО «Квант» та інші). На кафедрі захищено 3 докторські та 30 кандидатських дисертацій, підготовлено велику кількість спеціалістів для країн Європи, Азії, Африки, Південної та Латинської Америки.

Нові перспективи для розвитку кафедри відкрилися з приходом до керівництва професора З. З. Зимана, учня Б. Я. Пінеса молодшого покоління. Ним утворено новий науковий напрям «Фізичні процеси в біоматеріалах», який активно розвивається, та відкрито нову спеціальність «Фізика твердого тіла». Видано за грифом Міністерства освіти і науки України два навчальних посібника (З. З. Зиман, А. Ф. Сіренко «Основи фізичного матеріалознавства», 2005 рік; З. З. Зиман «Основи структурної кристалографії», 2008 рік), матеріали яких забезпечують викладання більшості навчальних дисциплін кафедри. За короткий термін кафедра посіла передові позиції у створенні, дослідженні та впровадженні в медичну практику нових біоактивних матеріалів для хірургічної ортопедії. Успішно розвивається і традиційна наукова тематика кафедри — дослідження взаємозв’язку між структурою, дифузійними, механічними та релаксаційними властивостями твердих тіл.

Професорсько-викладацький склад До професорсько-викладацького складу кафедри входить завідувач кафедри, доктор фізико-математичних наук, 5 кандидатів фізико-математичних наук

Наукова діяльність

Напрями наукової роботи:

  1. Механічні, дифузійні та релаксаційні властивості твердих тіл із різною дефектною структурою;
  2. Фізичні процеси в біоматеріалах.

Досягнення (за останні 10 років):

1. Експериментально показано, що ротаційні ефекти можуть грати не тільки акомодаційну роль, але й давати суттєвий внесок у пластичну деформацію. Результати досліджень свідчать про особливу роль спеціальних і близьких до спеціальних меж зерен у виникненні пластичних ротацій. Запропоновано кристало-геометричну модель структури жорстких меж зерен, яка враховує не тільки повний, але й частковий збіг атомів у межі. Із використанням моделі розраховано значення ефективної енергії межі для будь-якого кута дезорієнтації та пояснено природу низької енергії спеціальних меж зерен. Установлено закономірності виникнення й розвитку тріщин у двовимірних полікристалічних зразках алюмінію з різним розміром зерна та типом меж зерен і визначено механізми руйнування, та з’ясовано вплив зміцнювального покриття з нітриду титану на послідовність розвитку релаксаційних процесів і механізми руйнування. За результатами досліджень опубліковано 28 статтей і захищено три кандидатські дисертації (Н. О. Сахарова, 1999 р.; О. В. Шеховцов, 2005 р.; Р. В. Шурінов, 2009 р.).

Виявлено нові ефекти внутрішнього тертя та зміни модуля Юнга евтектичних сплавів, які пов’язано зі структурно-фазовими та кінетичними перетвореннями у сплавах за умов надпластичності. Показано, що рушійною силою цих перетворень є структурно-фазова метастабільність, яка виникає в процесі кристалізації та внаслідок механічного обтиснення евтектичних сплавів. Установлено, що зерномежеве проковзування не завжди є домінуючим механізмом надпластичної деформації. Експериментальні дані свідчать про наявність гідродинамічної моди деформації за умов надпластичності. Процеси масопереносу в евтектичних сплавах на ранніх стадіях надпластичної деформації значною мірою визначає аморфізований прошарок на межах зерен, який формується або при кристалізації, або в процесі попереднього механічного обтиснення зразків. За даною тематикою опубліковано 19 статтей, за більшістю у журналах, що реферуються.

2. Синтезовано унікальні кальцій-фосфатні наноматеріали, які за своїм складом, морфологією та структурою близькі до мінеральної складової твердої тканини хребетних. Запропоновано нову модель кристалізації гідроксилапатиту (ГА) з аморфного фосфату кальцію під час осадження з розчинів. Вивчено природу та характер структурних змін у нанопорошках ГА при відпалі. Виявлено новий ефект активації спікання нанопресовок ГА, зумовлений впливом домішок. Ґрунтуючись на результатах досліджень фізичних процесів при синтезі та відпалі наноГА, створено керамічні біоматеріали з функціональними характеристиками, що близькі до таких у природньої кістки та зубної емалі. Матеріали, які виявили відмінні біосумісність і біоактивність у дослідах на тваринах, упроваджено клінічно; зроблено більше 200 успішних ортопедичних операцій. Післяопераційні дослідження показали, що створені біоматеріали є високоефективними штучними замінниками кістки та придатні для широкого клінічного застосування. Захищено кандидатську дисертацію (Д. В. Рохмістров, 2009 р.) та опубліковано більше 20 статей, які реферуються системою Scopus.

Студенту

Починаючи з 2000 року, щорічно, кращі студенти кафедри (2–4 чол.) виборюють стипендію фонду Леонарда Ейлера (ДААД, Німеччина). Внаслідок, упродовж навчання у магістратурі при кафедрі вони одержують стипендію ДААД і закінчують магістерські роботи під час місячного стажування в одному з провідних університетів Німеччини (Університет Бохума, 2000-2003 рр., Університет Дуйсбург-Ессена, 2004–2010 рр.). По закінченні університету, найбільш успішні з таких випускників мають змогу продовжити навчання в аспірантурі (чи за докторськими програмами за рубежем) та по одержанні наукового ступеня кандидата наук (або PhD.) запрошуються на викладацьку чи дослідницьку роботу в кращі освітні та наукові заклади України та країн ЄС.

На фото:

       

Німецька (Університет Дуйсбург-Ессена) та кафедральна групи дослідників, які співпрацюють у галузі фізики та хімії біоматеріалів із 2000 року, на симпозіумі.

 

Молоді дослідники кафедри (зліва направо) пошукач А. Гончаренко, студентка 5-го курсу К. Лоза та старший викладач Д. В. Рохмістров на симпозіумі.